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Peer: Use Monad Transformers to simplify code
[functorrent.git] / src / FuncTorrent / Peer.hs
index e0a27c9f6a7a500efd2b2fb0a49fff84b15fdc50..65372d9500dfc939c7959c65345860ad6a71c5c5 100644 (file)
@@ -4,201 +4,206 @@ module FuncTorrent.Peer
      handlePeerMsgs
     ) where
 
-import Prelude hiding (lookup, concat, replicate, splitAt, empty, writeFile)
+import Prelude hiding (lookup, concat, replicate, splitAt, take)
 
 import System.IO (Handle, BufferMode(..), hSetBuffering)
-import Data.ByteString (ByteString, pack, unpack, concat, hGet, hPut, singleton, writeFile)
-import Data.ByteString.Lazy (fromStrict, fromChunks)
-import qualified Data.ByteString.Char8 as BC (replicate, pack, length)
+import Data.ByteString (ByteString, unpack, concat, hGet, hPut, take, empty)
+import qualified Data.ByteString.Char8 as BC (length)
 import Network (connectTo, PortID(..))
-import Data.Binary (Binary(..), decode)
-import Data.Binary.Put (putWord32be, putWord16be, putWord8)
-import Data.Binary.Get (getWord32be, getWord16be, getWord8, runGet)
-import Control.Monad (replicateM, liftM, forever)
-import Control.Applicative ((<$>), liftA3)
+import Control.Monad.State
 import Data.Bits
 import Data.Word (Word8)
-import Data.Map (Map(..), fromList)
+import Data.Map (Map, fromList, toList, (!), mapWithKey, adjust)
+import qualified Crypto.Hash.SHA1 as SHA1 (hash)
 
 import FuncTorrent.Metainfo (Info(..), Metainfo(..))
-import FuncTorrent.Utils (splitN)
+import FuncTorrent.Utils (splitN, splitNum)
+import FuncTorrent.Fileops (createDummyFile, writeFileAtOffset)
+import FuncTorrent.PeerMsgs (Peer(..), PeerMsg(..), sendMsg, getMsg, genHandshakeMsg)
 
-type ID = String
-type IP = String
-type Port = Integer
+data PState = PState { handle :: Handle
+                     , peer :: Peer
+                     , meChoking :: Bool
+                     , meInterested :: Bool
+                     , heChoking :: Bool
+                     , heInterested :: Bool}
 
-data PeerState = PeerState { handle :: Handle
-                           , am_choking :: Bool
-                           , am_interested :: Bool
-                           , peer_choking :: Bool
-                           , peer_interested :: Bool}
-
--- Maintain info on every piece and the current state of it.
--- should probably be a TVar.
-type Pieces = [PieceData]
+type PeerState = State PState
 
 data PieceDlState = Pending
                   | InProgress
                   | Have
-                  deriving (Show)
+                  deriving (Show, Eq)
 
 -- todo - map with index to a new data structure (peers who have that piece amd state)
 data PieceData = PieceData { peers :: [Peer]        -- ^ list of peers who have this piece
-                           , state :: PieceDlState  -- ^ state of the piece from download perspective.
-                           , hash  :: ByteString }      -- ^ piece hash
+                           , dlstate :: PieceDlState  -- ^ state of the piece from download perspective.
+                           , hash  :: ByteString    -- ^ piece hash
+                           , len :: Integer }       -- ^ piece length
 
 -- which piece is with which peers
 type PieceMap = Map Integer PieceData
 
--- | Peer is a PeerID, IP address, port tuple
-data Peer = Peer ID IP Port
-          deriving (Show, Eq)
-
-data PeerMsg = KeepAliveMsg
-             | ChokeMsg
-             | UnChokeMsg
-             | InterestedMsg
-             | NotInterestedMsg
-             | HaveMsg Integer
-             | BitFieldMsg ByteString
-             | RequestMsg Integer Integer Integer
-             | PieceMsg Integer Integer ByteString
-             | CancelMsg Integer Integer Integer
-             | PortMsg Port
-             deriving (Show)
 
 -- Make the initial Piece map, with the assumption that no peer has the
 -- piece and that every piece is pending download.
-mkPieceMap :: Integer -> ByteString -> Map Integer PieceData
-mkPieceMap numPieces pieceHash = fromList kvs
+mkPieceMap :: Integer -> ByteString -> [Integer] -> PieceMap
+mkPieceMap numPieces pieceHash pLengths = fromList kvs
   where kvs = [(i, PieceData { peers = []
-                             , state = Pending
-                             , hash = h }) | (i, h) <- zip [0..numPieces] hashes]
-        hashes = splitN (fromIntegral numPieces) pieceHash
-
-genHandShakeMsg :: ByteString -> String -> ByteString
-genHandShakeMsg infoHash peer_id = concat [pstrlen, pstr, reserved, infoHash, peerID]
-  where pstrlen = singleton 19
-        pstr = BC.pack "BitTorrent protocol"
-        reserved = BC.replicate 8 '\0'
-        peerID = BC.pack peer_id
-
-handShake :: Peer -> ByteString -> String -> IO Handle
-handShake (Peer _ ip port) infoHash peerid = do
-  let hs = genHandShakeMsg infoHash peerid
+                             , dlstate = Pending
+                             , hash = h
+                             , len = pLen })
+              | (i, h, pLen) <- zip3 [0..numPieces] hashes pLengths]
+        hashes = splitN 20 pieceHash
+
+havePiece :: PieceMap -> Integer -> Bool
+havePiece pm index =
+  dlstate (pm ! index) == Have
+
+connectToPeer :: Peer -> IO Handle
+connectToPeer (Peer _ ip port) = do
   h <- connectTo ip (PortNumber (fromIntegral port))
   hSetBuffering h LineBuffering
-  hPut h hs
-  rlenBS <- hGet h (length (unpack hs))
-  putStrLn $ "got handshake from peer: " ++ show rlenBS
   return h
 
-instance Binary PeerMsg where
-  put msg = case msg of
-             KeepAliveMsg -> putWord32be 0
-             ChokeMsg -> do putWord32be 1
-                            putWord8 0
-             UnChokeMsg -> do putWord32be 1
-                              putWord8 1
-             InterestedMsg -> do putWord32be 1
-                                 putWord8 2
-             NotInterestedMsg -> do putWord32be 1
-                                    putWord8 3
-             HaveMsg i -> do putWord32be 5
-                             putWord8 4
-                             putWord32be (fromIntegral i)
-             BitFieldMsg bf -> do putWord32be $ fromIntegral (1 + bfListLen)
-                                  putWord8 5
-                                  mapM_ putWord8 bfList
-                                    where bfList = unpack bf
-                                          bfListLen = length bfList
-             RequestMsg i o l -> do putWord32be 13
-                                    putWord8 6
-                                    putWord32be (fromIntegral i)
-                                    putWord32be (fromIntegral o)
-                                    putWord32be (fromIntegral l)
-             PieceMsg i o b -> do putWord32be $ fromIntegral (9 + blocklen)
-                                  putWord8 7
-                                  putWord32be (fromIntegral i)
-                                  putWord32be (fromIntegral o)
-                                  mapM_ putWord8 blockList
-                                    where blockList = unpack b
-                                          blocklen = length blockList
-             CancelMsg i o l -> do putWord32be 13
-                                   putWord8 8
-                                   putWord32be (fromIntegral i)
-                                   putWord32be (fromIntegral o)
-                                   putWord32be (fromIntegral l)
-             PortMsg p -> do putWord32be 3
-                             putWord8 9
-                             putWord16be (fromIntegral p)
-  get = do
-    l <- getWord32be
-    msgid <- getWord8
-    case msgid of
-     0 -> return ChokeMsg
-     1 -> return UnChokeMsg
-     2 -> return InterestedMsg
-     3 -> return NotInterestedMsg
-     4 -> liftM (HaveMsg . fromIntegral) getWord32be
-     5 -> liftM (BitFieldMsg . pack) (replicateM (fromIntegral l - 1) getWord8)
-     6 -> liftA3 RequestMsg getInteger getInteger getInteger
-       where getInteger = fromIntegral <$> getWord32be
-     7 -> liftA3 PieceMsg getInteger getInteger (pack  <$> replicateM (fromIntegral l - 9) getWord8)
-       where getInteger = fromIntegral <$> getWord32be
-     8 -> liftA3 CancelMsg getInteger getInteger getInteger
-       where getInteger = fromIntegral <$> getWord32be
-     9 -> liftM (PortMsg . fromIntegral) getWord16be
-     _ -> error ("unknown message ID: " ++ show msgid)
-
-getMsg :: Handle -> IO PeerMsg
-getMsg h = do
-  lBS <- hGet h 4
-  let l = bsToInt lBS
-  if l == 0
-    then return KeepAliveMsg
-    else do
-    msg <- hGet h l
-    return $ decode $ fromStrict $ concat [lBS, msg]
-
-
-bsToInt :: ByteString -> Int
-bsToInt x = fromIntegral (runGet getWord32be (fromChunks (return x)))
+doHandshake :: Handle -> Peer -> ByteString -> String -> IO ()
+doHandshake h peer infoHash peerid = do
+  let hs = genHandshakeMsg infoHash peerid
+  hPut h hs
+  putStrLn $ "--> handhake to peer: " ++ show peer
+  _ <- hGet h (length (unpack hs))
+  putStrLn $ "<-- handshake from peer: " ++ show peer
+  return ()
 
 bitfieldToList :: [Word8] -> [Integer]
 bitfieldToList bs = go bs 0
   where go [] _ = []
         go (b:bs') pos =
-          let setBits = [pos*8 + (toInteger i) | i <- [0..8], testBit b i]
+          let setBits = [pos*8 + toInteger i | i <- [0..8], testBit b i]
           in
-           setBits ++ (go bs' (pos + 1))
-
--- downloadPiece :: Integer -> Handle -> IO ()
-
-createDummyFile :: FilePath -> Int -> IO ()
-createDummyFile path size = do
-  writeFile path (BC.replicate size '\0')
-
--- loop1 :: shake hands with all peers, find out the pieces they have, form PieceData.
--- recvMsg :: Peer -> Handle -> Msg
-msgLoop :: Handle -> ByteString -> IO ()
-msgLoop h pieceHash =
-  let numPieces = (toInteger . (`quot` 20) . BC.length) pieceHash
-      pieceStatus = mkPieceMap numPieces pieceHash
+           setBits ++ go bs' (pos + 1)
+
+-- helper functions to manipulate PeerState
+toPeerState :: Handle -> Peer -> Bool -> Bool -> Bool -> Bool -> PState
+toPeerState h p meCh meIn heCh heIn =
+  PState { handle = h
+         , peer = p
+         , heChoking = heCh
+         , heInterested = heIn
+         , meChoking = meCh
+         , meInterested = meIn }
+
+-- -- recvMsg :: Peer -> Handle -> Msg
+-- msgLoop :: PeerState -> PieceMap -> FilePath -> IO ()
+-- msgLoop pState@(PeerState { meInterested = False, heChoking = True }) pieceStatus file = do
+--   -- if me NOT Interested and she is Choking, tell her that
+--   -- I am interested.
+--   let h = handle pState
+--   sendMsg h InterestedMsg
+--   putStrLn $ "--> InterestedMsg to peer: " ++ show (peer pState)
+--   msgLoop (pState { meInterested = True }) pieceStatus file
+-- msgLoop pState@(PeerState { meInterested = True, heChoking = False }) pieceStatus file =
+--   -- if me Interested and she not Choking, send her a request
+--   -- for a piece.
+--   case pickPiece pieceStatus of
+--    Nothing -> putStrLn "Nothing to download"
+--    Just workPiece -> do
+--      let pLen = len (pieceStatus ! workPiece)
+--      putStrLn $ "piece length = " ++ show pLen
+--      pBS <- downloadPiece (handle pState) workPiece pLen
+--      if not $ verifyHash pBS (hash (pieceStatus ! workPiece))
+--        then
+--        putStrLn $ "Hash mismatch: " ++ show (hash (pieceStatus ! workPiece)) ++ " vs " ++ show (take 20 (SHA1.hash pBS))
+--        else do
+--        let fileOffset = if workPiece == 0 then 0 else workPiece * len (pieceStatus ! (workPiece - 1))
+--        putStrLn $ "Write into file at offset: " ++ show fileOffset
+--        writeFileAtOffset file fileOffset pBS
+--        msgLoop pState (adjust (\pieceData -> pieceData { state = Have }) workPiece pieceStatus) file
+-- msgLoop pState pieceStatus file = do
+--   msg <- getMsg (handle pState)
+--   putStrLn $ "<-- " ++ show msg ++ "from peer: " ++ show (peer pState)
+--   case msg of
+--    KeepAliveMsg -> do
+--      sendMsg (handle pState) KeepAliveMsg
+--      putStrLn $ "--> " ++ "KeepAliveMsg to peer: " ++ show (peer pState)
+--      msgLoop pState pieceStatus file
+--    BitFieldMsg bss -> do
+--      let pieceList = bitfieldToList (unpack bss)
+--          pieceStatus' = updatePieceAvailability pieceStatus (peer pState) pieceList
+--      putStrLn $ show (length pieceList) ++ " Pieces"
+--      -- for each pieceIndex in pieceList, make an entry in the pieceStatus
+--      -- map with pieceIndex as the key and modify the value to add the peer.
+--      -- download each of the piece in order
+--      msgLoop pState pieceStatus' file
+--    UnChokeMsg ->
+--      msgLoop (pState { heChoking = False }) pieceStatus file
+--    _ ->
+--      msgLoop pState pieceStatus file
+
+-- simple algorithm to pick piece.
+-- pick the first piece from 0 that is not downloaded yet.
+pickPiece :: PieceMap -> Maybe Integer
+pickPiece m =
+  let pieceList = toList m
+      allPending = filter (\(_, v) -> dlstate v == Pending) pieceList
   in
-   forever $ do
-     msg <- getMsg h
-     putStrLn $ "got a " ++ show msg
-     case msg of
-      BitFieldMsg bss -> do
-        let pieceList = bitfieldToList (unpack bss)
-        putStrLn (show pieceList)
-        -- download each of the piece in order
-      _ -> putStrLn (show msg)
-
-handlePeerMsgs :: Peer -> Metainfo -> String -> (String -> IO ()) -> IO ()
-handlePeerMsgs p m peerId logFn = do
-  h <- handShake p (infoHash m) peerId
-  logFn $ "handShake"
-  msgLoop h (pieces (info m))
-  
+   case allPending of
+    [] -> Nothing
+    ((i, _):_) -> Just i
+
+updatePieceAvailability :: PieceMap -> Peer -> [Integer] -> PieceMap
+updatePieceAvailability pieceStatus p pieceList =
+  mapWithKey (\k pd -> if k `elem` pieceList
+                       then (pd { peers = p : peers pd })
+                       else pd) pieceStatus
+
+handlePeerMsgs :: Peer -> Metainfo -> String -> IO ()
+handlePeerMsgs p m peerId = do
+  h <- connectToPeer p
+  doHandshake h p (infoHash m) peerId
+  let pstate = toPeerState h p False True False True
+      pieceHash = pieces (info m)
+      numPieces = (toInteger . (`quot` 20) . BC.length) pieceHash
+      pLen = pieceLength (info m)
+      fileLen = lengthInBytes (info m)
+      fileName = name (info m)
+      pieceStatus = mkPieceMap numPieces pieceHash (splitNum fileLen pLen)
+  createDummyFile fileName (fromIntegral fileLen)
+  (r, _) <- runStateT (msgLoop pieceStatus fileName) pstate
+  return ()
+
+msgLoop :: PieceMap -> FilePath -> StateT PState IO ()
+msgLoop pieceStatus file =
+  StateT(\pState -> do
+             let h = handle pState
+             msg <- getMsg h
+             liftIO $ putStrLn $ "<-- " ++ show msg ++ "from peer: " ++ show (peer pState)
+             case msg of
+               KeepAliveMsg -> do
+                 sendMsg h KeepAliveMsg
+                 liftIO $ putStrLn $ "--> " ++ "KeepAliveMsg to peer: " ++ show (peer pState)
+                 runStateT (msgLoop pieceStatus file) pState)
+
+downloadPiece :: Handle -> Integer -> Integer -> IO ByteString
+downloadPiece h index pieceLength = do
+  let chunks = splitNum pieceLength 16384
+  liftM concat $ forM (zip [0..] chunks) (\(i, pLen) -> do
+                                             sendMsg h (RequestMsg index (i*pLen) pLen)
+                                             putStrLn $ "--> " ++ "RequestMsg for Piece "
+                                               ++ show index ++ ", part: " ++ show i ++ " of length: "
+                                               ++ show pLen
+                                             msg <- getMsg h
+                                             case msg of
+                                              PieceMsg index begin block -> do
+                                                putStrLn $ " <-- PieceMsg for Piece: "
+                                                  ++ show index
+                                                  ++ ", offset: "
+                                                  ++ show begin
+                                                return block
+                                              _ -> do
+                                                putStrLn "ignoring irrelevant msg"
+                                                return empty)
+
+verifyHash :: ByteString -> ByteString -> Bool
+verifyHash bs pieceHash =
+  take 20 (SHA1.hash bs) == pieceHash